Zoals hun naam suggereert, Möbius-moleculen hebben een getwiste lusstructuur, een bijzondere eigenschap met veel toepassingsmogelijkheden. Een Japans onderzoeksteam heeft de eigenschappen onthuld van een type Möbius-aromatisch molecuul dat magnetisme uitdrukt en een hoog energieniveau behoudt bij blootstelling aan licht. Deze kenmerken kunnen mogelijk worden toegepast in organische zonnebatterijen, lichten, en geleidende materialen.

De bevindingen zijn gedaan door een onderzoeksteam onder leiding van professor Yasuhiro Kobori (Kobe University), Professor Atsuhiro Osuka (Kyoto University), Professor Kazunobu Sato en Project Professor Takeji Takui (Osaka City University), en de studie werd op 10 mei gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters .

Möbius aromatische moleculen hebben de aandacht getrokken omdat ze kunnen worden geactiveerd door licht. Wanneer dit gebeurt, in hun elektronisch aangeslagen toestand vertonen ze "antiaromaticiteit, " gekenmerkt door hoge energieniveaus en hoge instabiliteit. Deze aangeslagen toestand zou kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van milieuvriendelijke organische apparaten, zoals organische dunnefilmzonnecellen en elektroluminescente elementen. Echter, de details achter het elektronische karakter van deze staat en zijn anti-aromatische eigenschappen bleven onduidelijk.

In dit onderzoek, de groep paste een in de tijd opgeloste elektronenparamagnetische resonantiemethode toe die microgolven en elektromagneten gebruikt om de magnetische eigenschappen van een reactief tussenproduct te detecteren. Ze observeerden de aangeslagen triplettoestand van een Möbius aromatisch molecuul [28] hexaphyrine. Deze hexaphyrine verlichten met laserpulsen, ze detecteerden de resonantie tussen de microgolf en de elektronenspins gekoppeld aan het magnetisme van de geëxciteerde triplettoestand en het externe magnetische veld als een momentopname met een nauwkeurigheid van 10 miljoen delen per seconde na elke laserpuls.

Ze veranderden ook de hoek van de polarisatie van de laserpuls ten opzichte van de richting van het externe magnetische veld. Hierdoor konden ze de driedimensionale locatie van de triplet-spin ophelderen, evenals het nemen van 10 miljoen "snapshots" per seconde van het deactiveringsproces op subniveaus van het triplet. Hun analyse onthulde dat gedraaide ringmoleculen een "ladingsoverdracht" -karakter hebben dat de lading in rechte hoeken tussen de orbitalen vrijgeeft en lokaliseert. De ladingsoverdracht blokkeert het stabiliserende effect veroorzaakt door de uitwisselingsinteractie tussen de elektronen, en draagt ​​zo bij aan de hogere energie die de bron vormt van de sterke anti-aromatische eigenschappen van het molecuul.

De elektronenverdelingen in de huidige triplettoestand verschillen sterk van die in de aangeslagen singlettoestanden die geen magnetisme vertonen. Deze studie toonde aan dat elke elektronenverdeling gelokaliseerd is in een deel van het ringraamwerk van het molecuul. Ze toonden ook aan dat het veranderen van het baanimpulsmoment tussen de gelokaliseerde orbitalen in de triplettoestand leidt tot een snelle deactivering van één subniveau naar de grondtoestand. Deze orthogonale orbitale hoekrelaties komen alleen voor in de gedraaide Möbius-topologie, wat betekent dat het deactiveringsproces nieuwe hulpmiddelen zou kunnen bieden voor het indexeren van het anti-aromatische karakter en voor het analyseren van de geometrie van de aangeslagen toestand.

Professor Kobori merkt op, "De speciale elektronische eigenschappen van deze zeer actieve aangeslagen toestand zouden kunnen worden toegepast in elektronische functionele materialen, zoals organische zonnecellen en elektrische geleiders, en kan mogelijk bijdragen aan de oplossing van energie- en milieuproblemen."